[发明专利]一种认知网络环境下的信号分离方法

权利要求书

1.一种认知网络环境下的信号分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、定位频谱边缘

a₁、中心节点有M个接收机，分别进行信号接收，得到M个接收信号x_i(t)，i＝1，2，....，M，对接收到的M个接收信号求平均，得到接收信号的均值X：

X=1MΣi=1Mxi(t)]]>

其中，x_i(t)是第i个接收机接收到的信号，t是接收时刻；

对M个接收信号求平均，以使边缘检测更为准确；

a₂、对接收信号的均值X进行傅里叶变换，得到接收信号的频率谱函数S(f)：

S(f)=FT[X]=∫-∞+∞X·e-j2πftdt]]>

其中，ET[·]代表傅里叶变换，f代表频率；

a₃、首先，对频率谱函数S(f)进行小波变换：

W_sS(f)＝S(f)*θ_s(f)

θs(f)=1sθ(fs)]]>

其中，W_sS(f)代表频率谱函数S(f)进行小波变换，θ(f)是平滑函数，s是尺度因子，θ_s(f)是经过尺度因子s变换之后的函数，“*”代表卷积运算；

然后，得到接收信号的频谱边缘

f^n=maximaf|Ws′S(f)|]]>

=maximaf|Πk=1Kψ(f)2k*S(f)|]]>

代表接收信号的第n个频谱边缘，W_s′S(f)代表对小波变换得到的函数W_sS(f)求导数，是频谱函数S(f)相对于小波函数ψ(f)的尺度积，K是整数，ψ(f)是小波函数，且ψ(f)是θ(f)的导数；

是求极值运算；

(2)、分离信号

b₁、根据接收信号的频谱边缘，将接收信号的频谱划分为多个子频段，每个子频段l设计M个相同的带通滤波器B_l，l＝1，2，...，L，L为子频段段数，每个子频段的带通滤波器B_l的截止频率根据该子频段的频谱边缘确定；

b₂、针对子频段l进行信号分离：

(1)、带通滤波

子频段l的M个相同的带通滤波器B_l分别对M个接收信号x_i(t)进行滤波，得到滤波后的信号为：

x_in(t)＝x_i(t)*H_B，i＝1，2，…，M

其中，H_B为带通滤波器B_l的冲激响应，x_in(t)表示第i个接收信号滤波后的信号；

(2)、调制到基带

然后，将滤波后信号x_in(t)调制到基带：

x_inL(t)＝x_in(t)·H_Modn，i＝1，2，…，M

x_inL(t)表示基带信号，H_Modn表示载波的时域表达式；

M个基带信号x_inL(t)构成基带信号矩阵Y，基带信号矩阵Y的每一个行向量表示一个基带信号；

(3)、预处理-中心化和白化

中心化：对基带信号矩阵Y进行以下运算处理，得到中心化之后的基带信号矩阵

Y~=Y-E{Y}]]>

其中，E{·}代表期望运算，中心化后的信号矩阵的各个行向量均值为0。

白化：对中心化之后的基带信号矩阵以下运算处理，得到白化后的基带信号矩阵

Y^=C·D-12·CT·Y~]]>

其中，C是的特征向量，D是的特征值，白化后的基带信号矩阵的各分量不相关，即的各行向量不相关；

(4)、信号分离

根据白化后的基带信号矩阵来求出分离矩阵W：

(4.1)、初始化分离矩阵W：随机生成一个M×N阶矩阵；

(4.2)、取分离矩阵W的第p个列向量W(：，p)，p＝1，2，3，…，N；

(4.3)、将列向量W(：，p)向量代入迭代式更新W(：，p)向量：

W(:,p)=E{Y^·g(W(:,p)T·Y^)}-E{g′(W(:,p)T·Y^)}·W(:,p);]]>

其中，g(·)是非二次函数，E{·}代表期望运算，g′(·)代表对g(·)求导，“·”是相乘运算，“T”是向量的转置；

(4.4)、去相关：

W(:,p)=W(:,p)-Σi=1p-1W(:,p)T·W(:,i)·W(:,i);]]>

归一化：

W(：，p)＝W(：，p)/||W(：，p)||；

其中，“||·||”代表求向量的2范数；

(4.5)、如果两次迭代计算出的列向量W(：，p)基本相同，则算法收敛，这样就计算出分离矩阵的一个列向量，否则返回步骤(4.3)；

(4.6)、重复步骤(4.2)～(4.5)计算出分离矩阵W的N个列向量，得到分离矩阵W；

计算出分离矩阵W后，根据下式得出原始信号调制到基带信号后的估计值

S^=WT·Y^]]>

其中，白化后的基带信号矩阵；

估计值即为分离后的信号矩阵，的各行向量都是基带信号，并解调，解调后的信号矩阵

S~=S^·HDeModn]]>

其中，H_DeModn是解调函数的时域表达式，H_DeModn由子频段所取的两个频谱边缘确定。

信号矩阵中的行向量为源信号的估计值，从而中心节点将接收到的信号进行信号分离，不符合频谱分配规则的信号就为恶性信号，定位恶性信号；

b₃、重复步骤b2，将所有子频段的恶性信号定位。

2.根据权利要求1所述的认知网络环境下的信号分离方法，其特征在于，所述的小波函数ψ(f)为高斯小波，其中J表示任意整数：

ψ(x)=12πσ·x2·e-(x2)22σ2,]]>σ＝2j，j＝1，...，J。